Metalem, na powierzchni którego najgwałtowniej wywiązuje się gazowy wodór - jest platyna (!), nieco mniej intensywnie wodór powstaje na powierzchni miedzi, natomiast w ogóle nie dostrzega się powstawania gazowego wodoru na cynku! W taki zaskakujący sposób można pokazać różnice wartości nadnapięcia wydzielania wodoru na cynku, miedzi i platynie. Wodór powstaje głównie w miejscu o najniższym nadnapięciu - a więc na platynie, natomiast nadnapięcie wydzielania wodoru na cynku jest stosunkowo wysokie, co znacznie utrudnia przebieg tej reakcji.

Nie znaczy to jednak, że w tych warunkach platyna reaguje z kwasem solnym! Roztwarzaniu ulega metaliczny cynk; wokół metalicznego cynku powstają bezbarwne kationy cynkowe, których jednak w tym doświadczeniu nie da się zaobserwować.

Zn  →  Zn²⁺ + 2e

Uwolnione elektrony wędrują wzdłuż metalu do miejsc, w których nadnapięcie wydzielania wodoru jest najmniejsze (a więc głównie do platyny). Biegnie tam druga z reakcji elektrochemicznych - redukcja kationów wodorowych do gazowego wodoru:

2 H⁺ + 2e →   H₂

Platyna pełni jedynie bierną rolę podłoża, na którym szczególnie łatwo zachodzi jeden z procesów elektrochemicznych. Po dostatecznie długim czasie cynk zostanie zużyty, natomiast metaliczna platyna i miedź pozostają niezmienione...

Załączone zdjęcie nie oddaje zbyt wiernie tych różnic. Wodór na platynie wydziela się tak gwałtownie, że znaczna część pęcherzyków ulatnia się w trakcie dość powolnego procesu skanowania przebiegu doświadczenia i przetwornik skanera nie zdąży zarejestrować ich istnienia...

Duże nadnapięcie wydzielania wodoru na cynku jest powodem, dla którego zalecana powszechnie w podręcznikach metoda wytwarzania wodoru w laboratorium poprzez reakcję cynku z kwasami, jest bardzo niewygodna. Szczególnie wysokie jest nadnapięcie wodoru na rtęci. Na rtęci dają się przeprowadzać nawet takie procesy redukcji, których nie można wykonać w zwykłym roztworze wodnym, z powodu konkurencyjnego powstawania gazowego wodoru. Np. można w roztworze wodnym (!) redukować kationy sodu do metalicznego sodu (amalgamatu), bez jednoczesnej redukcji wody.

Równie interesujące są doświadczenia z układami: Zn/grafit + HCl oraz: Zn/Fe + NaOH.

LITERATURA
T.Pluciński. "Doświadczenia chemiczne" . Wyd. “Adamantan”, Warszawa 1997, s. 144. [Nadnapięcie]
http://jchemed.chem.wisc.edu/JCESoft/CCA/CCA3/MAIN/VOLTAGE/PAGE1.HTM
J.Chem.Educ. 77, 1580 (2000). [demonstracja nadnapięcia] 

Tomasz Pluciński
nowy adres:  tomasz.plucinski@ug.edu.pl